食の記憶エングラムネットワークの同定と介入操作によるその機能的役割の解明

2021 年度 実施状況報告書

• 研究課題/領域番号: 20K21265
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 喜田 聡 東京大学, 大学院農学生命科学研究科(農学部), 教授 (80301547)
• 研究期間 (年度): 2020-07-30 – 2023-03-31
• キーワード: 食記憶 / 記憶エングラム / 食認知行動制御 / 食行動 / 食嗜好性 / 食物価値 / 前頭前野 / 食経験

研究実績の概要

本課題ではマウス食記憶モデルと食物価値変容モデルを用いて、食物を記憶するエングラム細胞・回路を網羅的に同定し、食記憶に基づき食物価値を決定し変容させる機構を解明することを目的とした。前年度に確立した食物新規性恐怖モデルを用いて食記憶エングラムを構成する神経ネットワークの同定を試みた。絶食後のマウスにチーズを30分間給餌し、この24時間後にチーズを再び30分間給餌するとその摂食量が有意に増加したことから、新奇性恐怖が認められた。そこで、食記憶エングラムの神経ネットワークを網羅的に同定するために、免疫組織染色法を用いて神経活動依存的に発現誘導されるc-Fos発現を指標にして新規餌摂食時に活性化される脳領域を同定した。対照群に比べて、チーズ摂食群では前頭前野、島皮質、嗅周皮質、海馬、分界条床核などで有意なc-fos陽性細胞の増加が観察された。従って、新規食物（チーズ）摂取時に前頭前野を中心とした食記憶エングラムが構築されることが初めて示唆された。一方、マウスにおいて低嗜好性食物の嗜好性が増加する条件づけ味覚嗜好学習課題を新たに開発し、食嗜好性増加機構を解明することを試みた。条件づけ場所嗜好性テストでは快情動を誘導する薬物と特定の場所との条件づけにより場所嗜好性を誘導する。そこで、このパブロフ型条件づけの原理に基づき，キニーネ溶液摂取直後にニコチンを腹腔内投与した結果、対照群に比較してニコチン投与群は有意に高いキニーネ水溶液の摂取割合を示し、キニーネ溶液に対する嗜好性学習効果が観察された。以上のように、本研究では、苦味物質に対する嗜好性が向上する条件づけ味覚嗜好学習課題の確立に成功した。

現在までの達成度 (区分)

3: やや遅れている

理由

コロナ禍の影響があり、研究時間の制約が生じた。本課題において、再現性を示す食物新規性恐怖モデルを確立することができ、食物価値変容機構を解析することが可能となった。この課題を用いて、強い嗜好性を示すチーズなどの食品が、様々な脳領域に高いc-fos発現を誘導し、前頭前野を中心とする神経回路を活性化することが明らかとなった。以上のように、食物摂食後に活性化される脳領域の同定が進み、嗜好性を示す食品の摂取によりc-fos発現細胞が有意に増加する脳領域が多く観察され、前頭前野を中心とする食記憶エングラムの同定に近づいた。また、苦味物質に対する嗜好性が向上する条件づけ味覚嗜好学習課題の確立に成功した。しかし、c-fosタグシステムを用いて食記憶エングラムをチャネルロドプシンあるいはアーキロドプシンなどの光応答性チャネル、また、ヒストンH2BにGFPが融合されたH2B-GFPでラベルする解析系については、従来のような食餌にドキシサイクリンを添加する方法を用いることができないため、光応答性チャネルをラベルする方法の確立に時間を要している。

今後の研究の推進方策

c-fosタグシステムを用いて、食物の提示に反応するニューロンをH2B-GFPやチャネルロドプシンあるいはアーキロドプシンなどの光応答性チャネルでラベルする。本研究課題では、従来のような食餌にドキシサイクリンを添加する方法を用いることができないため、飲料水にドキシサイクリンを添加して発現制御する条件を検討して、チャネルロドプシン等で食記憶エングラムをラベルする手法を確立する。この実験条件を用いて、食記憶エングラムの活性化または不活性が食行動に及ぼす影響を解析する。

次年度使用額が生じた理由

コロナ禍の影響を受けて、研究活動が制限され、十分な研究活動時間を確保できなかったため。

研究成果

• [国際共同研究] トロント大学/McGill大学(カナダ)
  • 国名: カナダ
  • 外国機関名: トロント大学/McGill大学
• [国際共同研究] ソウル国立大学(韓国)
  • 国名: 韓国
  • 外国機関名: ソウル国立大学
• [雑誌論文] Anterior cingulate cortex projections to the dorsal hippocampus positively control the expression of contextual fear generalization (2022)
  • 著者名/発表者名: Nagayoshi Taikai、Ishikawa Rie、Kida Satoshi
  • 雑誌名: Learning & Memory 巻: 29 ページ: 77～82
  • DOI: 10.1101/lm.053440.121
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Elevation of EGR1/zif268, a Neural Activity Marker, in the Auditory Cortex of Patients with Schizophrenia and its Animal Model (2022)
  • 著者名/発表者名: Iwakura Yuriko、Kawahara-Miki Ryoka、Kida Satoshi、Sotoyama Hidekazu、Gabdulkhaev Ramil、Takahashi Hitoshi、Kunii Yasuto、Hino Mizuki、Nagaoka Atsuko、Izumi Ryuta、Shishido Risa、Someya Toshiyuki、Yabe Hirooki、Kakita Akiyoshi、Nawa Hiroyuki
  • 雑誌名: Neurochemical Research 巻: in press ページ: -
  • DOI: 10.1007/s11064-022-03599-9
• [雑誌論文] 総説 恐怖記憶の制御基盤 (2022)
  • 著者名/発表者名: 喜田 聡
  • 雑誌名: BRAIN and NERVE 巻: 74 ページ: 377～384
  • DOI: 10.11477/mf.1416202048
• [雑誌論文] The dopamine D2 agonist quinpirole impairs frontal mismatch responses to sound frequency deviations in freely moving rats (2021)
  • 著者名/発表者名: Inaba Hiroyoshi、Namba Hisaaki、Kida Satoshi、Nawa Hiroyuki
  • 雑誌名: Neuropsychopharmacology Reports 巻: 41 ページ: 405～415
  • DOI: 10.1002/npr2.12199
• [雑誌論文] Multiple alterations in glutamatergic transmission and dopamine D2 receptor splicing in induced pluripotent stem cell-derived neurons from patients with familial schizophrenia (2021)
  • 著者名/発表者名: Yamamoto K, Kuriu T, Matsumura K, Nagayasu K, Tsurusaki Y, Miyake N, Yamamori H, Yasuda Y, Fujimoto M, Fujiwara M, Baba M, Kitagawa K, Takemoto T, Gotoda-Nishimura N, Takada T, Seiriki K, Hayata-Takano A, Kasai A, Ago Y, Kida S, Takuma K, Ono F, Matsumoto N, Hashimoto R, Hashimoto H, Nakazawa T.
  • 雑誌名: Translational Psychiatry 巻: 11 ページ: 548
  • DOI: 10.1038/s41398-021-01676-1
• [雑誌論文] Tumor necrosis factor α negatively regulates the retrieval and reconsolidation of hippocampus-dependent memory (2021)
  • 著者名/発表者名: Takahashi Shohei、Fukushima Hotaka、Yu Zhiqian、Tomita Hiroaki、Kida Satoshi
  • 雑誌名: Brain, Behavior, and Immunity 巻: 94 ページ: 79～88
  • DOI: 10.1016/j.bbi.2021.02.033
• [雑誌論文] Dietary magnesium deficiency induces the expression of neuroinflammation‐related genes in mouse brain (2021)
  • 著者名/発表者名: Tsuji Ryuhei、Inoue Hirofumi、Uehara Mariko、Kida Satoshi
  • 雑誌名: Neuropsychopharmacology Reports 巻: 41 ページ: 230～236
  • DOI: 10.1002/npr2.12167
• [学会発表] 高嗜好性食物の期待により誘導される摂食抑制マウスモデルの開発 (2022)
  • 著者名/発表者名: 鶴山 和人、喜田 聡
  • 学会等名: 日本農芸化学会2022年度大会
• [学会発表] 食物価値に基づく食物選択マウスモデルの開発 (2022)
  • 著者名/発表者名: 好田 歩、喜田 聡
  • 学会等名: 日本農芸化学会2022年度大会
• [学会発表] 遺伝子発現依存的な社会的敗北ストレス誘導性社会忌避記憶の形成 (2022)
  • 著者名/発表者名: 松村 京香、石川 理絵、喜田 聡
  • 学会等名: 日本農芸化学会2022年度大会
• [学会発表] Aβ42海馬注入アルツハイマー型認知症モデルマウスにおける時間帯依存的な海馬依存性記憶想起障害 (2022)
  • 著者名/発表者名: James Borg、喜田 聡
  • 学会等名: 日本農芸化学会2022年度大会
• [学会発表] 食物新奇性恐怖による摂食行動制御機構の組織学的解析 (2022)
  • 著者名/発表者名: 山本 航史、喜田 聡
  • 学会等名: 日本農芸化学会2022年度大会
• [学会発表] 新規食物摂食時の食記憶と摂食行動を制御する神経ネットワーク (2022)
  • 著者名/発表者名: 福山 雄大、喜田 聡
  • 学会等名: 日本農芸化学会2022年度大会
• [学会発表] ヒスチジンによる長期記憶形成と記憶想起の向上 (2022)
  • 著者名/発表者名: 川嶋 珠生、樺山 音々、小田切 友紀、谷水 俊之、石川 理絵、喜田 聡
  • 学会等名: 日本農芸化学会2022年度大会
• [学会発表] 苦味物質に対する嗜好性が向上する条件付け味覚嗜好学習課題の確立 (2022)
  • 著者名/発表者名: 劉 牧言、喜田 聡
  • 学会等名: 日本農芸化学会2022年度大会
• [学会発表] こころを創り、支え、愉しませる食 (2022)
  • 著者名/発表者名: 喜田 聡
  • 学会等名: 農学と工学の超越創発イノベーションフォーラム
  • 招待講演
• [学会発表] Active transition of fear memory phases from fear to extinction (2021)
  • 著者名/発表者名: 喜田 聡
  • 学会等名: NEURONS IN ACTION 2021
  • 招待講演
• [学会発表] 記憶制御に対するB1を中心とする必須栄養素群の役割 (2021)
  • 著者名/発表者名: 喜田 聡
  • 学会等名: 日本ビタミン学会第73回大会Part2
  • 招待講演
• [学会発表] Fear Memory Processes as Therapeutic Targets for PTSD (2021)
  • 著者名/発表者名: 喜田 聡
  • 学会等名: International Society for Traumatic Stress Studies (ISTTS) 37th Annual Meeting “Moving Beyond the Individual”
  • 招待講演
• [学会発表] トラウマ記憶の制御基盤の解明とPTSD治療方法開発への応用 (2021)
  • 著者名/発表者名: 喜田 聡
  • 学会等名: 生体機能と創薬シンポジウム2021「精神疾患のマルチスケール病態と創薬への展望」
  • 招待講演
• [学会発表] 栄養不足による脳内炎症を介した記憶障害機構とその改善方法の開発 (2021)
  • 著者名/発表者名: 喜田 聡
  • 学会等名: レドックス R&D 戦略委員会第１回企画シンポジウム「翻訳・アミノ酸代謝調節による生体機能制御」
  • 招待講演
• [学会発表] Regulation of social behaviors and social recognition memory by neuronal circuits including mPFC (2021)
  • 著者名/発表者名: Satoshi KIDA, Rie ISHIKAWA, Toshiyuki TANIMIZU, Kae SAKURAUCHI
  • 学会等名: 第80回藤原セミナー「Molecular and cellular mechanisms of brain systems generating individuality」
  • 国際学会
• [学会発表] The function of histidine on memory formation and retrieval (2021)
  • 著者名/発表者名: Tamau KAWASHIMA, Nene KABAYAMA, Yuki ODAGIRI, Toshiyuki TANIMIZU, Rie ISHIKAWA, Satoshi KIDA
  • 学会等名: 第44回日本神経科学大会
• [学会発表] Alzheimer's disease mouse model micro-infused Aβ42 into the dorsal hippocampus shows time-of- day dependent memory impairments (2021)
  • 著者名/発表者名: James Borg, Satoshi KIDA
  • 学会等名: 第44回日本神経科学大会
  • 国際学会
• [学会発表] Regulation of social behaviors and social recognition memory by neuronal circuits including mPFC (2021)
  • 著者名/発表者名: Toshiyuki TANIMIZU Kae SAKURAUCHI, Rie ISHIKAWA, Satoshi KIDA
  • 学会等名: 第44回日本神経科学大会
  • 国際学会
• [学会発表] Regulation of contextual fear memory generalization by anterior cingulate cortex?hippocampus circuit (2021)
  • 著者名/発表者名: Taikai NAGAYOSHI , Satoshi KIDA
  • 学会等名: 第44回日本神経科学大会
  • 国際学会
• [学会発表] Hippocampal traumatic memory engram associated with PTSD-like behaviors in social defeat stress paradigm (2021)
  • 著者名/発表者名: Rie ISHIKAWA, Yuka TAKYU, Satoshi KIDA
  • 学会等名: 第44回日本神経科学大会
  • 国際学会
• [学会発表] Brain networks to form a memory for novel food (2021)
  • 著者名/発表者名: 福山 雄大、喜田 聡
  • 学会等名: 第44回日本神経科学大会
  • 国際学会
• [学会発表] Brain regions contributing to novelty discrimination of food (2021)
  • 著者名/発表者名: 山本 航史、喜田 聡
  • 学会等名: 第44回日本神経科学大会
  • 国際学会
• [学会発表] 海馬の社会忌避記憶エングラムの光遺伝学的抑制はトラウマ記憶誘導性PTSD様行動を改善する (2021)
  • 著者名/発表者名: 石川 理絵、武生 優花、喜田 聡
  • 学会等名: 第51回日本神経精神薬理学会
  • 国際学会
• [学会発表] 恐怖記憶の制御基盤の解明とPTSD治療方法開発への応用 (2021)
  • 著者名/発表者名: 喜田 聡
  • 学会等名: 第51回日本神経精神薬理学会
  • 国際学会
• [学会発表] 動物モデルから理解する心的外傷後ストレス障害とその治療方法 (2021)
  • 著者名/発表者名: 喜田 聡
  • 学会等名: 第20回日本トラウマティック・ストレス学会
  • 招待講演
• [学会発表] 栄養・食糧研究分野において齧歯類を用いた脳科学的手法を活用する ー定量的な行動解析・形態解析を行うには？ー (2021)
  • 著者名/発表者名: 喜田 聡
  • 学会等名: 第75回日本栄養・食糧学会大会
• [学会発表] ビタミンB1欠乏誘導性記憶障害に影響を与えるアルコール摂取を中心とする環境要因と遺伝要因の解析 (2021)
  • 著者名/発表者名: 平原 千景、辻 竜平、喜田 聡
  • 学会等名: 第75回日本栄養・食糧学会大会
• [学会発表] 食餌性マグネシウム欠乏による脳内炎症の誘導 (2021)
  • 著者名/発表者名: James Borg、辻 竜平、喜田 聡
  • 学会等名: 第75回日本栄養・食糧学会大会
• [学会発表] 恐怖記憶制御基盤の解明とPTSD治療方法への応用 (2021)
  • 著者名/発表者名: 喜田 聡
  • 学会等名: 第13回不安症学会学術大会
  • 招待講演
• [学会発表] Dietary magnesium deficiency impairs hippocampus-dependent memories and induces neuroinflammation in mouse. (2021)
  • 著者名/発表者名: 喜田 聡
  • 学会等名: International Society for the Development of Research on Magnesium (SDRM)
  • 招待講演
• [備考] 喜田研究室ホームページ
  • URL: https://kida-lab.org